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문제 정의
- 본 논문에서 음성인식을 이용한 중증 장애인의 생활 환경 제어장치를 구현해 보았다. 음성인식기의 구현과 실험을 위해 사용한 장치는 일반적으로 사용하는 IBM PC와 사운드 보드였기 때문에 전문적인 음성 입력 보드들과는 달리 스위칭 잡음, 시간이나 게인(gain) 조종에 따른 옵셋 변화 등에 의한 잡음이 입력되었다.
- 본 논문에서 음성인식을 이용한 중증 장애인의 생활 환경 제어장치를 구현해 보았다. 음성인식기의 구현과 실험을 위해 사용한 장치는 일반적으로 사용하는 IBM PC와 사운드 보드였기 때문에 전문적인 음성 입력 보드들과는 달리 스위칭 잡음, 시간이나 게인(gain) 조종에 따른 옵셋 변화 등에 의한 잡음이 입력되었다.
- 6%의 인식률을 나타내었고 장애인에 직접 적용하였을 때 장애인의 경우 간호 의존도와 우울 경향 감소 및 사회 관계의 증진을 볼 수 있었으며 간병인 보호자의 간호 부담과 우울 경향의 감소를 관찰해 볼 수 있었다. 본 연구를 통하여 중증 장애인을 위한 생활 환경 제어장치의 필요성을 확인 할 수 있었고 가장 편리한 의사소통 수단인 음성을 이용한 한국형 음성인식 생활 환경 제어기의 상용화를 위한 여러 과제들과 그 가능성을 모색하는 단초가 된것으로 사료된다.
제안 방법
- 프로그램은 음성의 끝점 검출, 음성의 특징 추출, 벡터 양자화 학습, 벡터 양자화 인식, HMM학습 그리고 HMM인식부분으로 나눠어져있다. 벡터 양자화와 확률적 모델을 바탕으로 한 HMM을 이용하여 구성하였으며, 음성 데이터는 11.025kHz로 샘플링하고 16비트로 양자화 한 후 끝점 검출기를 통해서 음성 구간을 검출하게 된다. 검출된 음성에서 멜-켑스트럼 계수를 구하여 학습부와 인식부에서 사용하게되며 학습부에서는 음성의 특징 추출 과정을 거친 음성 신호를 벡터 양자화 하여 코드북을 생성하고 여기서 생성된 코드북 인텍스열(관측 심벌)을 사용하여 각 단어별 HMM의 확률 파라메터를 추정하게 된다.
- 프로그램은 음성의 끝점 검출, 음성의 특징 추출, 벡터 양자화 학습, 벡터 양자화 인식, HMM학습 그리고 HMM인식부분으로 나눠어져있다. 벡터 양자화와 확률적 모델을 바탕으로 한 HMM을 이용하여 구성하였으며, 음성 데이터는 11.025kHz로 샘플링하고 16비트로 양자화 한 후 끝점 검출기를 통해서 음성 구간을 검출하게 된다. 검출된 음성에서 멜-켑스트럼 계수를 구하여 학습부와 인식부에서 사용하게되며 학습부에서는 음성의 특징 추출 과정을 거친 음성 신호를 벡터 양자화 하여 코드북을 생성하고 여기서 생성된 코드북 인텍스열(관측 심벌)을 사용하여 각 단어별 HMM의 확률 파라메터를 추정하게 된다.
- 음성 인식기의 인식부는 Boland사의 C++빌더를 사용하여 프로그램화하였다. 프로그램은 음성의 끝점 검출, 음성의 특징 추출, 벡터 양자화 학습, 벡터 양자화 인식, HMM학습 그리고 HMM인식부분으로 나눠어져있다.
- 본 장치는 크게 세 부분으로 구분이 되어있다. 음성인식기 부분, 제어장치 부분, I/O 인터페이스 부분으로 나누어 볼 수 있는데, 음성인식기 부분은 HMM(Hidden Markov Model)을 이용하여 구현하였고, 13차 멜-켑스트럼 계수를 사용하여 음성의 특징을 추출하였으며 인식 단어의 수는 26가지로 하였다. 음성 구간 검출을 끝점 검출 알고리즘을 사용하였고 알고리즘의 입력 파라메타로 가중 단구간 영교차율을 이용하였다.
- 본 장치는 크게 세 부분으로 구분이 되어있다. 음성인식기 부분, 제어장치 부분, I/O 인터페이스 부분으로 나누어 볼 수 있는데, 음성인식기 부분은 HMM(Hidden Markov Model)을 이용하여 구현하였고, 13차 멜-켑스트럼 계수를 사용하여 음성의 특징을 추출하였으며 인식 단어의 수는 26가지로 하였다. 음성 구간 검출을 끝점 검출 알고리즘을 사용하였고 알고리즘의 입력 파라메타로 가중 단구간 영교차율을 이용하였다.
- 또한 일반 잡음과 생체 잡음 등에 의한 잡음도 문제가 되었다. 이러한 문제가 끝점 검출에 미치는 영향을 막기 위해 개선된 끝점검출 알고리듬을 사용하였다. 또한 사람이 발음함에 있어서 학습할 때와 인식할 때 발음의 차이가 많이 나는 경향이 있다.
- 제 4 경수 손상에 의한 사지마비 장애인을 대상으로 임상 적용 실험을 하였고 환자가 거주하는 방에 생활환경제어장치를 설치하였다. 텔레비젼과 오디오는 환자가 평소에 사용한 것을 그대로 이용하였으며 전등과 비디오는 별도로 제공하였고, 에어컨은 실험할 수 없었다.
- 제 4 경수 손상에 의한 사지마비 장애인을 대상으로 임상 적용 실험을 하였고 환자가 거주하는 방에 생활환경제어장치를 설치하였다. 텔레비젼과 오디오는 환자가 평소에 사용한 것을 그대로 이용하였으며 전등과 비디오는 별도로 제공하였고, 에어컨은 실험할 수 없었다.
- 음성 인식기의 인식부는 Boland사의 C++빌더를 사용하여 프로그램화하였다. 프로그램은 음성의 끝점 검출, 음성의 특징 추출, 벡터 양자화 학습, 벡터 양자화 인식, HMM학습 그리고 HMM인식부분으로 나눠어져있다. 벡터 양자화와 확률적 모델을 바탕으로 한 HMM을 이용하여 구성하였으며, 음성 데이터는 11.
- 음성 인식기의 인식부는 Boland사의 C++빌더를 사용하여 프로그램화하였다. 프로그램은 음성의 끝점 검출, 음성의 특징 추출, 벡터 양자화 학습, 벡터 양자화 인식, HMM학습 그리고 HMM인식부분으로 나눠어져있다. 벡터 양자화와 확률적 모델을 바탕으로 한 HMM을 이용하여 구성하였으며, 음성 데이터는 11.
대상 데이터
- 제어장치 부분에는 7255 범용 보드를 사용하였고 이 보드에는 ACL-7255 칩과 16채널 릴레이가 사용되었다.본 7255 범용보드는 IBM PC 상의 ISA 슬롯에 장착하여 사용하게 되며 37 핀 D-타입 케이블을 통하여 제어 신호를 적외선 리모트 콘트롤러에 전달하게 된다.
- 제어장치 부분에는 7255 범용 보드를 사용하였고 이 보드에는 ACL-7255 칩과 16채널 릴레이가 사용되었다.본 7255 범용보드는 IBM PC 상의 ISA 슬롯에 장착하여 사용하게 되며 37 핀 D-타입 케이블을 통하여 제어 신호를 적외선 리모트 콘트롤러에 전달하게 된다.
데이터처리
- 음성인식기 부분, 제어장치 부분, I/O 인터페이스 부분으로 나누어 볼 수 있는데, 음성인식기 부분은 HMM(Hidden Markov Model)을 이용하여 구현하였고, 13차 멜-켑스트럼 계수를 사용하여 음성의 특징을 추출하였으며 인식 단어의 수는 26가지로 하였다. 음성 구간 검출을 끝점 검출 알고리즘을 사용하였고 알고리즘의 입력 파라메타로 가중 단구간 영교차율을 이용하였다. 여기에 사용된 코드북은 K-means 집단화 알고리즘을 사용하여 백터 양자화 하여 64인 코드북을 생성시켜 음성인식에 사용하였고 인식률은 약 95%이다.
- 음성인식기 부분, 제어장치 부분, I/O 인터페이스 부분으로 나누어 볼 수 있는데, 음성인식기 부분은 HMM(Hidden Markov Model)을 이용하여 구현하였고, 13차 멜-켑스트럼 계수를 사용하여 음성의 특징을 추출하였으며 인식 단어의 수는 26가지로 하였다. 음성 구간 검출을 끝점 검출 알고리즘을 사용하였고 알고리즘의 입력 파라메타로 가중 단구간 영교차율을 이용하였다. 여기에 사용된 코드북은 K-means 집단화 알고리즘을 사용하여 백터 양자화 하여 64인 코드북을 생성시켜 음성인식에 사용하였고 인식률은 약 95%이다.
이론/모형
- 음성 구간 검출을 끝점 검출 알고리즘을 사용하였고 알고리즘의 입력 파라메타로 가중 단구간 영교차율을 이용하였다. 여기에 사용된 코드북은 K-means 집단화 알고리즘을 사용하여 백터 양자화 하여 64인 코드북을 생성시켜 음성인식에 사용하였고 인식률은 약 95%이다. 제어부분은 7225칩을 사용하였으며 릴레이를 이용하여 사용의 편의성과 업그레이드의 대비를 하였다.
- 음성 구간 검출을 끝점 검출 알고리즘을 사용하였고 알고리즘의 입력 파라메타로 가중 단구간 영교차율을 이용하였다. 여기에 사용된 코드북은 K-means 집단화 알고리즘을 사용하여 백터 양자화 하여 64인 코드북을 생성시켜 음성인식에 사용하였고 인식률은 약 95%이다. 제어부분은 7225칩을 사용하였으며 릴레이를 이용하여 사용의 편의성과 업그레이드의 대비를 하였다.
성능/효과
- 제어부분에서는 대부분의 기존 가전 제품에서 사용하는 적외선 리모트 컨트롤러를 사용하였기 때문에 별다른 어려움은 없었으나 제어기의 단어수가 한정이 되어 보다 많은 단어를 인식시킬 수 없었지만 기본적으로 장애인이 가정에서 필요한 단어의 수가 한정되어 있기 때문에 큰 불편은 없었다. 본 논문에서 가전제품의 리모트 컨트롤러 명령어 중 26개의 명령어를 인식 단어로 구성하여 화자 종속 실험을 하여 95.6%의 인식률을 나타내었고 장애인에 직접 적용하였을 때 장애인의 경우 간호 의존도와 우울 경향 감소 및 사회 관계의 증진을 볼 수 있었으며 간병인 보호자의 간호 부담과 우울 경향의 감소를 관찰해 볼 수 있었다. 본 연구를 통하여 중증 장애인을 위한 생활 환경 제어장치의 필요성을 확인 할 수 있었고 가장 편리한 의사소통 수단인 음성을 이용한 한국형 음성인식 생활 환경 제어기의 상용화를 위한 여러 과제들과 그 가능성을 모색하는 단초가 된것으로 사료된다.
- 제어부분에서는 대부분의 기존 가전 제품에서 사용하는 적외선 리모트 컨트롤러를 사용하였기 때문에 별다른 어려움은 없었으나 제어기의 단어수가 한정이 되어 보다 많은 단어를 인식시킬 수 없었지만 기본적으로 장애인이 가정에서 필요한 단어의 수가 한정되어 있기 때문에 큰 불편은 없었다. 본 논문에서 가전제품의 리모트 컨트롤러 명령어 중 26개의 명령어를 인식 단어로 구성하여 화자 종속 실험을 하여 95.6%의 인식률을 나타내었고 장애인에 직접 적용하였을 때 장애인의 경우 간호 의존도와 우울 경향 감소 및 사회 관계의 증진을 볼 수 있었으며 간병인 보호자의 간호 부담과 우울 경향의 감소를 관찰해 볼 수 있었다. 본 연구를 통하여 중증 장애인을 위한 생활 환경 제어장치의 필요성을 확인 할 수 있었고 가장 편리한 의사소통 수단인 음성을 이용한 한국형 음성인식 생활 환경 제어기의 상용화를 위한 여러 과제들과 그 가능성을 모색하는 단초가 된것으로 사료된다.
- 6%의 인식률을 나타내었고 장애인에 직접 적용하였을 때 장애인의 경우 간호 의존도와 우울 경향 감소 및 사회 관계의 증진을 볼 수 있었으며 간병인 보호자의 간호 부담과 우울 경향의 감소를 관찰해 볼 수 있었다. 본 연구를 통하여 중증 장애인을 위한 생활 환경 제어장치의 필요성을 확인 할 수 있었고 가장 편리한 의사소통 수단인 음성을 이용한 한국형 음성인식 생활 환경 제어기의 상용화를 위한 여러 과제들과 그 가능성을 모색하는 단초가 된것으로 사료된다.
- 실험 결과는 아래 표 1 과 같이 화자A는 94.81%, 화자 B는 95.77%, 화자C는 96.15%, 화자D는 95.58%의 인식률을 나타내었다. 표 3T은 '오 인식 횟수 / 실험 횟수'로 나타내었다.
- 실험 결과는 아래 표 1 과 같이 화자A는 94.81%, 화자 B는 95.77%, 화자C는 96.15%, 화자D는 95.58%의 인식률을 나타내었다. 표 3T은 '오 인식 횟수 / 실험 횟수'로 나타내었다.
- 실험을 통하여 환자의 행동 변화를 보면 TV의 시청의 경우 채널의 변경과 볼륨의 조작을 위한 보호자의 도움이 불필요하게 되어 장치를 적용하기에는, 하루 약 6시간을 시청하였는데 적용 후 12시간 이상으로 증가하였고, 오디오의 경우 장치 적용 전 거의 사용을 하지 않았으나 TV가 방영되지 않는 시간동안의 청취를 위한 조작이 많아졌다.
- 실험을 통하여 환자의 행동 변화를 보면 TV의 시청의 경우 채널의 변경과 볼륨의 조작을 위한 보호자의 도움이 불필요하게 되어 장치를 적용하기에는, 하루 약 6시간을 시청하였는데 적용 후 12시간 이상으로 증가하였고, 오디오의 경우 장치 적용 전 거의 사용을 하지 않았으나 TV가 방영되지 않는 시간동안의 청취를 위한 조작이 많아졌다.
- 장치 적용 후 환자는 보호자의 도움을 위한 보호자 호출 횟수가 하루평균 절반 이하로 줄었으나 장치의 제한적인 사용 한계로 인하여 보호자의 외출시간은 1시간 이내에 머물 수밖에 없었다. 장치의 사용 전과 후의 Beck 우울 척도의 비교에서 대상 장애인의 경우 42점에서 38점으로 보호자의 경우 23점에서 17점으로 감소하였다.
- 장치 적용 후 환자는 보호자의 도움을 위한 보호자 호출 횟수가 하루평균 절반 이하로 줄었으나 장치의 제한적인 사용 한계로 인하여 보호자의 외출시간은 1시간 이내에 머물 수밖에 없었다. 장치의 사용 전과 후의 Beck 우울 척도의 비교에서 대상 장애인의 경우 42점에서 38점으로 보호자의 경우 23점에서 17점으로 감소하였다.
- 장치 적용 후 환자는 보호자의 도움을 위한 보호자 호출 횟수가 하루평균 절반 이하로 줄었으나 장치의 제한적인 사용 한계로 인하여 보호자의 외출시간은 1시간 이내에 머물 수밖에 없었다. 장치의 사용 전과 후의 Beck 우울 척도의 비교에서 대상 장애인의 경우 42점에서 38점으로 보호자의 경우 23점에서 17점으로 감소하였다. 그러나 16점 이상은 우울증 증상으로 보는 Beck 우울 척도의 기준에 따라 우울증으로 볼 수 있다.
- 장치 적용 후 환자는 보호자의 도움을 위한 보호자 호출 횟수가 하루평균 절반 이하로 줄었으나 장치의 제한적인 사용 한계로 인하여 보호자의 외출시간은 1시간 이내에 머물 수밖에 없었다. 장치의 사용 전과 후의 Beck 우울 척도의 비교에서 대상 장애인의 경우 42점에서 38점으로 보호자의 경우 23점에서 17점으로 감소하였다. 그러나 16점 이상은 우울증 증상으로 보는 Beck 우울 척도의 기준에 따라 우울증으로 볼 수 있다.
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